專利名稱：用于向裝置提供冗余功率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及提供功率，并且具體來說，涉及向裝置提供冗余功率。
背景技術(shù)：
若干類型的裝置需要功率的冗余供電源以確保適當(dāng)?shù)牟僮?。例如，考慮使用線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)來測(cè)量目標(biāo)的線性位移的情況。LVDT通常包括圍繞磁芯端對(duì)端放置的三個(gè)線圈。中心線圈是初級(jí)繞組以及其他兩個(gè)線圈作為次級(jí)繞組。磁芯通常是圓柱形鐵磁體磁芯，并且附接到其位置待測(cè)的目標(biāo)。操作中，通過初級(jí)繞組驅(qū)動(dòng)交流電，從而使每個(gè)次級(jí)繞組中感生的電壓與其同初級(jí)的互感成比例。隨著磁芯的移動(dòng),這些互感會(huì)改變,從而使次級(jí)繞組中感生的電壓改變。基于這些繞組中感生的電壓的差，能夠確定桿的位置，并因此確定目標(biāo)的位置。
在未向LVDT供給功率的情況下，LVDT將給出指示目標(biāo)處于其可能的端位置之一的讀數(shù)。這種指示可能促成例如系統(tǒng)中作為保護(hù)措施將目標(biāo)設(shè)在關(guān)機(jī)的其他要素。對(duì)于小操作，這種關(guān)機(jī)可能不太有問題。另一方面，考慮LVDT測(cè)量渦輪中目標(biāo)的位置的情況。如果失去對(duì)LVDT的功率，則可能導(dǎo)致渦輪的關(guān)機(jī)。這種關(guān)機(jī)可能意味著在給定時(shí)間上發(fā)電廠無法滿足其輸出要求。雖然描述的是LVDT，但是應(yīng)理解，任何類型的傳感器均可能遇到上述的問題。此夕卜，傳感器以外的裝置也易于在中斷到它們的功率時(shí)提供失效信息或誤導(dǎo)信息。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開一種用于對(duì)裝置提供冗余功率的系統(tǒng)。此實(shí)施例的系統(tǒng)包括第一供電單元，該第一供電單元包括提供功率的第一功率模塊和第一通信模塊，且第一通信模塊包括第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器以及第一第一供電單元接收器和第二第一供電單元接收器，其中該第一功率模塊可選擇性地連接到輸入線路。該系統(tǒng)還包括第二供電單元，該第二供電單元包括第二功率模塊和第二通信模塊，該第二功率模塊可選擇性地連接到輸入線路且提供功率，該第二通信模塊耦合到第一通信模塊且包括第一第二供電單元傳送器和第二第二供電單元傳送器以及第一第二供電單元接收器和第二第二供電單元接收器，該第一第二供電單元接收器和第二第二供電單元接收器分別耦合到第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器。在此實(shí)施例中，第一供電單元在第一第一傳送器和第二第一傳送器上均進(jìn)行傳送，以及第二供電源配置成在由第一第二供電單元接收器和第二第二供電單元接收器均未從第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器接收到信號(hào)的情況下提供功率到裝置。根據(jù)另一方面，公開一種用于對(duì)裝置提供冗余功率的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一供電單元，該第一供電單元包括提供功率的第一功率模塊和第一通信模塊，且該第一通信模塊包括第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器以及第一第一供電單元接收器和第二第一供電單元接收器，其中該第一功率模塊可選擇性地連接到輸入線路。該系統(tǒng)還包括第二供電單元，該第二供電單元包括第二功率模塊和第二通信模塊，該第二功率模塊可選擇性地連接到輸入線路且提供功率，該第二通信模塊耦合到第一通信模塊且包括第一第二供電單元傳送器和第二第二供電單元傳送器以及第一第二供電單元接收器和第二第二供電單元接收器，該第一第二供電單元接收器和第二第二供電單元接收器分別耦合到第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器。就此而言，第一供電單元向第二供電單元傳送信號(hào)以指示第一供電單元無法向裝置提供功率，以及第二供電單元配置成在接收到此信號(hào)之后提供功率。從下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，這些和其他優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更為顯而易見。


在本說明書的結(jié)論部分的權(quán)利要求中具體指出視為本發(fā)明的主題，并對(duì)其明確地要求專利保護(hù)。根據(jù)下文結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，在附圖中 圖I是包括耦合到監(jiān)視裝置的兩個(gè)供電單元的系統(tǒng)的框圖；圖2是更詳細(xì)地示出兩個(gè)供電單元的功率模塊的框圖；圖3是更詳細(xì)地示出兩個(gè)供電單元的通信模塊的框圖；圖4示出耦合到監(jiān)視裝置的多個(gè)供電單元；以及圖5是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。該詳細(xì)描述通過舉例的方式參考附圖解釋了本發(fā)明的實(shí)施例，連同優(yōu)點(diǎn)和特征。
具體實(shí)施例方式圖I是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)100的實(shí)施例的框圖。此實(shí)施例的系統(tǒng)100包括向監(jiān)視裝置103提供功率的供電源102。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)視裝置103是傳感器。應(yīng)理解傳感器以外的元件可以從供電源102接收功率。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器103是LVDT。在另一個(gè)實(shí)施例中，該傳感器配置成基于位置提供不同的磁阻值，且本文中將其稱為LVDR。圖I中所示的供電源102包括第一供電單元104和第二供電單元106。第一供電單元104和第二供電單元106都能夠提供功率以使監(jiān)視裝置103操作。具體來說，第一供電單元104包括第一功率模塊108而第二供電單元106包括產(chǎn)生功率的第二功率模塊112。在一個(gè)實(shí)施例中，第一功率模塊108和第二功率模塊112均在正輸入線路130與負(fù)輸入線路132之間提供交流電壓。應(yīng)理解，由于這些供電單元104、106向監(jiān)視裝置103提供功率，所以在給定時(shí)間瞬間，它們的僅其中之一向監(jiān)視裝置103提供功率。否則，這些供電單元104、106之間的相位變化可能導(dǎo)致提供到監(jiān)視裝置103的電壓在不同時(shí)間上的變化。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，在任何特定時(shí)間上，第一供電單元104和第二供電單元106的僅其中之一向監(jiān)視裝置103提供功率。為此，在一個(gè)實(shí)施例中，第一供電單元104和第二供電單元106包括用于確定在任何給定時(shí)間上第一供電單元104和第二供電單元106中哪一個(gè)向監(jiān)視裝置103供電的控制單元或其他裝置。下文更詳細(xì)地描述用于確定第一供電單元104和第二供電單元106中哪一個(gè)正提供功率的判斷過程。為了進(jìn)行在給定時(shí)間瞬間上第一供電單元104和第二供電單元106中哪一個(gè)要供電的判定，第一供電單元104和第二供電單元106分別包括第一通信模塊110和第二通信模塊114。第一通信模塊110和第二通信模塊114允許第一供電單元104和第二供電單元106彼此通信。在一個(gè)實(shí)施例中，該通信是雙向的。當(dāng)然，還可以將該通信限制于從第一供電單元104向第二供電單元106或反之。第一供電單元104和第二供電單元106之間的通信包括例如有關(guān)這些單元中哪一個(gè)是主單元以及這些單元的操作狀況的信息。在圖I中，僅圖示兩個(gè)供電單元104、106。應(yīng)理解在一個(gè)實(shí)施例中，供電源102可以包括多于兩個(gè)供電單元。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，供電源102包括耦合到監(jiān)視裝置103的三個(gè)或更多供電單元。圖2示出圖I的第一供電單元104向第二供電單元106的更詳細(xì)描繪。具體來說，第一供電單元104包括第一功率模塊108。第一功率模塊108包括第一交流供電源202。在一個(gè)實(shí)施例中，第一交流供電源202可以提供交流電流，而在另一個(gè)實(shí)施例中可以提供交流電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，第一交流供電源202是逆變器。第一功率模塊108還包括第一電流監(jiān)視器204和第一電壓監(jiān)視器206，它們分別測(cè) 量第一組輸入功率線路213上的電流和電壓。第一組輸入功率線路213耦合到交流供電源202。將測(cè)量的電流和電壓值提供到第一控制單元208。第一控制單元208 —般控制第一功率模塊108的操作。第一控制單元208還從第一通信模塊110接收信息以及向第一通信模塊110提供信息。第一控制單兀208向第一通信模塊110提供的信息包括有關(guān)第一功率模塊108的操作狀態(tài)信息。該操作狀態(tài)信息包括第一功率模塊108是否正在向監(jiān)視裝置103提供功率以及其他操作信息。從第一通信模塊110接收的信息包括有關(guān)其他供電單元(例如，第二供電單元106)的操作狀態(tài)信息。此信息包括例如其他供電單元是否正在向監(jiān)視裝置103提供功率?；趶牡谝煌ㄐ拍K110接收的信息、以及可能地由第一電流監(jiān)視器204測(cè)量的電流和由第一電壓監(jiān)視器206測(cè)量的電壓，第一控制單元208確定第一功率模塊108是否要向監(jiān)視裝置103提供功率。如果情況如此，則將第一開關(guān)控制器210提供為使第一開關(guān)單元211閉合一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)開關(guān)(211a、211b)以將交流供電源202電耦合或以其他方式耦合到輸入線路130和132。在這種情況中，第一通信模塊110向其他供電單元傳送第一供電單元104正在向監(jiān)視裝置103供電的指示。如果某個(gè)供電單元正在提供功率，則將其稱為“主供電單元”或簡(jiǎn)稱為“主單元”。否則，該供電單元是后備單元。與第一供電單元104相似，第二供電單元106包括第二功率模塊112。第二功率模塊112包括第二交流供電源212。第二交流供電源212提供與第一交流供電源202基本相同類型和數(shù)量的功率。當(dāng)然，第一交流供電源202和第二交流供電源212可具有相對(duì)彼此不同的相位。在一個(gè)實(shí)施例中，第二交流供電源212是逆變器。第二功率模塊112還包括第二電流監(jiān)視器214和第二電壓監(jiān)視器216，它們分別測(cè)量第二組輸入功率線路215上的電流和電壓。將測(cè)量的電流和電壓值提供到第二控制單元218。第二控制單元218 —般控制第二功率模塊112的操作。第二控制單元208還從第二通信模塊114接收信息以及向第二通信模塊114提供信息。第二控制單元218向第二通信模塊114提供的信息包括有關(guān)第二功率模塊112的操作狀態(tài)信息。該操作狀態(tài)信息包括第二功率模塊112是否正在向監(jiān)視裝置103提供功率以及其他操作信息。從第二通信模塊114接收的信息包括有關(guān)其他供電單元(例如，第一供電單元104)的操作狀態(tài)信息。此信息包括例如其他供電單元是否正在向監(jiān)視裝置103提供功率(即，其他供電單元是否是“主單元”)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一控制單元208和第二控制單元218由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)形成?；趶牡诙ㄐ拍K114接收的信息、以及可能地由第二電流監(jiān)視器214測(cè)量的電流以及由第二電壓監(jiān)視器206測(cè)量的電壓，第二控制單元218確定第二功率模塊108是否要向監(jiān)視裝置103提供功率。如果情況如此，則將第二開關(guān)控制器220提供為使第二開關(guān)單元221閉合一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)開關(guān)(221a、221b)以將第二交流供電源212電耦合或以其他方式耦合到輸入線路130和132。
圖3示出圖I的第一供電單元104和第二供電單元106的更詳細(xì)描繪。與先前一樣，第一供電單兀104和第二供電單兀106分別包括第一功率模塊108和第二功率模塊112。在此圖示中，比圖I更詳細(xì)地示出第一通信模塊110和第二通信模塊114。第一通信模塊110包括第一通信控制器302。第一通信控制器302從第一功率模塊108接收信息以及向第一功率模塊108提供信息。此外，第一通信控制器302經(jīng)一個(gè)或多個(gè)第一傳送器304向外部位置傳送信息以及經(jīng)第一接收器從外部位置接收信息。如圖所不，第一傳送器304分別包括第一第一傳送器304a、第二第一傳送器304b。這提供冗余傳送能力。此外，如圖所示，第一接收器306分別包括第一第一接收器和第二第一接收器。這提供冗余接收能力。第二功率模塊114包括第二通信控制器312。第二通信控制器312從第二功率模塊112接收信息以及向第二功率模塊112提供信息。此外，第一通信控制器312經(jīng)一個(gè)或多個(gè)第二傳送器316向外部位置傳送信息以及經(jīng)第二接收器314從外部位置接收信息。如圖所示，第二傳送器316耦合到第一接收器306以及第二接收器314耦合到第一傳送器304。以此方式，提供從第一通信模塊110到第二通信模塊114的兩個(gè)傳送鏈路，并且提供從第二通信模塊114到第一通信模塊110的兩個(gè)接收鏈路。以此方式，提供第一通信模塊110與第二通信模塊114之間的冗余通信布置。圖4示出系統(tǒng)100的框圖，系統(tǒng)100包括耦合到監(jiān)視裝置103的多個(gè)供電單元402、404、406。當(dāng)然，應(yīng)理解，可以提供任何數(shù)量的供電單元。如圖所示，每個(gè)供電單元402、404、406彼此互相通信。具體來說，第一通信鏈路408將供電單元402耦合到供電單元404，第二通信鏈路410將供電單元404耦合到供電單元406，以及第三通信鏈路412將供電單元402耦合到供電單元406。如所指示的，供電單元的數(shù)量不限于三個(gè)。此外，應(yīng)理解通信鏈路408、410、412各可以支持雙向冗余通信。在一個(gè)實(shí)施例中，為每個(gè)供電單兀402、404、406賦予三種不同速率之一。為了方便，本文將這三種速率稱為R、S和T。在優(yōu)先順序上，R大于S，以及S大于T。在一個(gè)實(shí)施例中，在操作期間，每個(gè)供電單元402、404、406按固定的速率向所有其他供電單元傳送數(shù)據(jù)消息分組。在一個(gè)實(shí)施例中，該固定速率是每毫秒一次，但是也可以使用其他時(shí)間周期。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)數(shù)據(jù)分組包含供電單元的速率設(shè)置、切換標(biāo)記和傳送供電單元是否是主單元的指示。如上文論述的，在任何給定時(shí)間上，僅一個(gè)供電單元向監(jiān)視裝置103提供功率。因此，本發(fā)明的實(shí)施例旨在確定在給定時(shí)間瞬間哪個(gè)供電單元要向監(jiān)視裝置103提供功率。一般地，目前提供功率的供電單元將繼續(xù)提供功率，直到它不再能夠或它未能與其他供電源通信為止。在主單元未能繼續(xù)提供功率的情況下，將其傳送的切換標(biāo)志設(shè)為指示此情況。在兩種失效情況的一種情況中，為其他供電單元提供評(píng)級(jí)，且下一個(gè)最高評(píng)級(jí)的供電單元?jiǎng)t成為主單元并提供功率。以此方式，提供冗余供電源。圖5是示出當(dāng)導(dǎo)通供電單元時(shí)執(zhí)行的方法的流程圖。一般地，圖5所示的方法確定被置于在線的供電單元是否是主單元，以及如果這樣的話，則它能夠提供功率。否則，它至少最初不向監(jiān)視裝置提供功率，在框502處，將該供電單元置于在線。在框504處，該供電單元等待預(yù)設(shè)時(shí)間周期，并從任何其他有效供電單元接收通信。在一個(gè)實(shí)施例中，在認(rèn)為該供電單元在操作之后，該預(yù)設(shè)時(shí)間是I. 5毫秒。此時(shí)間周期確保該供電單元已有機(jī)會(huì)從所有其他有效供電單元接收到消息。在框506處，該供電單元確定是否有任何接收的消息指示另一個(gè)供電單元是主單元。如果這樣的話，則該供電單元進(jìn)入后備狀態(tài)，如框508所示。即，該供電單元不是主單 元，并因此未在向監(jiān)視裝置提供功率。否則，處理進(jìn)行到框510。在框510處，確定該供電單元是否是R供電單元。如果是這樣的話，因?yàn)橐呀?jīng)確定沒有其他供電單元是主單元，所以在框512處，該供電單元被指定為主單元。否則，在框514處，確定該供電單元是否是S供電單元。如果是這樣的話，則在框516處，(基于框504中接收的通信)確定R供電單元是否連接到它。如果沒有R供電單元連接到該供電單元，則在框512處,指定S供電單元為主單元。否則,供電單元進(jìn)入后備狀態(tài)，如框508所示。如果供電單元不是S供電單元，則它必定是T供電單元。因此，在框518處，如果確定S或R供電單元存在，則該供電單元進(jìn)入后備狀態(tài)，如框508所示。否貝U，在框512處，將該供電單元指定為主單元。應(yīng)理解，可以將框510、514、516和518的過程通稱為優(yōu)先級(jí)競(jìng)爭(zhēng)解決過程。當(dāng)然，以及如上所述，供電單元將保持在框508或512中，直到某種因素改變使之轉(zhuǎn)移出這兩個(gè)框的其中任一個(gè)。例如，如果該供電單元是主單元且變得不可操作，則它可以通過設(shè)置其切換標(biāo)志來指示此情況。在一個(gè)實(shí)施例中，這使得其他供電單元進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)解決過程。雖然本發(fā)明是僅結(jié)合數(shù)量有限的實(shí)施例來詳細(xì)描述的，但是應(yīng)該容易地理解，本發(fā)明并不限于此類公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明能夠修改為并入前文未描述但與本發(fā)明的精神和范圍匹配的任何數(shù)量的變化、替換、替代或等效布置。此外，雖然描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，但是要理解，本發(fā)明的多個(gè)方面可以包括描述的實(shí)施例的僅其中一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為由前文描述限定，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍來限定。部件列表
100系統(tǒng)
102供電源
~ 03監(jiān)視裝置
權(quán)利要求
1.一種用于向裝置提供冗余功率的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)(100)包括 第一供電單兀(104),所述第一供電單兀(104)包括提供功率的第一功率模塊(108)和包括第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器以及第一第一供電單元接收器和第二第一供電單兀接收器的第一通信模塊(110),其中所述第一功率模塊(108)可選擇性地連接到輸入線路(130、132);以及 第二供電單元(106)，所述第二供電單元(106)包括第二功率模塊(112)和第二通信模塊(114)，所述第二功率模塊(112)可選擇性地連接到所述輸入線路(130、132)且提供功率，所述第二通信模塊(114)耦合到所述第一通信模塊(110)且包括第一第二供電單元傳送器和第二第二供電單元傳送器以及第一第二供電單元接收器和第二第二供電單元接收器，所述第一第二供電單元接收器和第二第二供電單元接收器分別耦合到所述第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器； 其中，所述第一供電單元(106)在所述第一第一傳送器和第二第一傳送器上均進(jìn)行傳送，以及所述第二供電源配置成在由所述第一第二供電單元接收器和第二第二供電單元接收器均未從所述第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器接收到信號(hào)的情況下提供功率到所述裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，還包括 第三供電單元，所述第三供電單元包括可選擇性地連接到所述輸入線路且提供交流功率的第三功率模塊和耦合到所述第一通信模塊和所述第二通信模塊的第三通信模塊； 其中在給定時(shí)間上將所述第一供電單元、第二供電單元或第三供電單元的僅其中之一耦合到所述輸入線路(130、132)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述第一功率模塊(108)和所述第二功率模塊(112)都包括選擇性地將它們耦合到所述輸入線路(130、132)的開關(guān)單元(211、221)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述第一供電單元(104)和所述第二供電單元(106)的其中之一被指定為主供電單元，且所述主供電單元的所述開關(guān)單元(211)將所述主供電單元電耦合到所述輸入線路(130、132)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述第一供電單元(104)和所述第二供電源中的另一個(gè)及其開關(guān)單元(211)阻止其電耦合到所述輸入線路(130、132)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述第一功率模塊(108)還包括 交流(A. C.)供電源； 耦合到所述輸入線路(130、132)的第一開關(guān)單元(211);以及 耦合在所述A.C.供電源(202)與所述第一開關(guān)單元(211)之間的第一組輸入功率線路(213)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述第一功率模塊還包括 第一控制單元(208)，其配置成基于所述第一供電單元(104)的操作狀況，使所述第一開關(guān)單元(211)將所述A.C.供電源電耦合到所述輸入線路(130、132)或與之去耦合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述操作狀況包括如下的其中一個(gè)或多個(gè)所述輸入功率線路(213)上的電壓、所述輸入功率線路(213)上的電流、以及所述第一供電單元(104)是否是主供電單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述第一供電單元(104)被指定為所述主單元，并傳送指示它是所述主單元且按給定速率操作的信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述第二供電單元(106)配置成在所述第一供電單元無法傳送所述信號(hào)的情況下變成所述主單元。
全文摘要
本發(fā)明名稱為用于向裝置提供冗余功率的系統(tǒng)和方法。用于向裝置提供冗余功率的系統(tǒng)包括具有第一第一供電單元傳送器和第二第一供電單元傳送器以及第一第一供電單元接收器和第二第一供電單元接收器的第一通信模塊的第一供電單元和耦合到第一通信模塊且包括第一第二供電單元傳送器/接收器和第二第二供電單元傳送器/接收器的第二通信模塊的第二供電單元，第一第二和第二第二供電單元接收器分別耦合到第一第一和第二第一供電單元傳送器。第一供電單元在第一第一和第二第一傳送器上進(jìn)行傳送，并且第二供電源配置成在由第一第二和第二第二供電單元接收器均未從上述傳送器接收到信號(hào)時(shí)提供功率到裝置。
文檔編號(hào)H02J9/06GK102856970SQ20121003561
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月7日
發(fā)明者J·伊斯勒三世, J·R·布思, R·A·卡特 申請(qǐng)人:通用電氣公司